6/4极开关磁阻电机建模与无位置传感器研究

摘要

开关磁阻电机(SRM)凭借其简单的结构、高效的运行、可靠的工作性能以及调速系统所具有的独特优越性，一经问世就立刻成为了国内外专家学者的关注热点。但是由于其特殊的结构，使得电机磁链、电流、角度呈高度非线性，加大了精确建模的难度。与此同时，对于其整个调速系统而言，电机内置的位置传感器不仅会增加了电机的成本以及结构的复杂程度，而且还会降低电机运行时的可靠性，削弱电机的优势。因此如何进行精确合理地建模以及更有效的无位置传感器研究对于SRM在未来的发展具有十分重要的意义。考虑到6/4极开关磁阻电机与8/6极电机工作性能相近，但经济性要高，所以6/4极开关磁阻电机越来越引起研究人员的关注。因此，本文以6/4极SRM为研究对象，针对其精确合理的建模以及有效的无位置传感器进行了相关的研究工作: (1)通过运用Ansoft软件对6/4极SRM进行有限元仿真分析。采用静态场和瞬态场分别对其进行研究，使得6/4极SRM的运行特性更为明确。 (2)研究了基于粒子群优化算法优化的最小二乘支持向量机(PSO-LSSVM)在开关磁阻电机建模中的运用。通过采用参数化分析的方法，对6/4极SRM磁链特性和转矩特性分别进行研究分析，同时通过Ansoft参数化仿真所得到数据可以用来验证PSO-LSSVM建模效果的可靠性。为基于智能算法的SRM建模提供一种有效方案。 (3)考虑到PSO-LSSVM算法预测精度的优越性，研究PSO-LSSVM在SRM无位置传感中运用的效果。将开关磁阻电机运动过程分成两个阶段，即启动阶段和稳定运行阶段。采用PSO-LSSVM分别对两个阶段的转子位置角输出进行预测，通过比较预测值和实际值的误差，验证PSO-LSSVM在SRM无位置传感运用中的有效性和精确性。 (4)研究了基于DSPTMS320F2812在SRM控制系统中的应用。设计了控制系统所需的硬件电路、同时对其各模块设计加以分析。通过DSP来进行各种控制方法实现、数据采样、与上位机通讯。测试了基于PSO-LSSVM算法无位置传感器的效果，得到了无位置传感的预测误差。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及现状

1．2 开关磁阻建模方法

1．2．1 线性模型

1．2．2 准线性模型

1．2．3 非线性模型

1．3 开关磁阻电机驱动系统

1．4 开关磁阻电机的控制方式

1．5 无位置传感研究

1．6 本文研究的安排

第二章 基于Ansoft软件6／4极开关磁阻电机特性分析

2．1 基于Ansoft软件的6／4极SRM模型建立

2．1．1 Ansoft软件简介

2．1．2 6／4极SRM有限元仿真分析系统建立

2．2 SRM静态磁场仿真

2．3 SRM瞬态磁场仿真

2．4 有限元仿真的优势

2．5 本章小结

第三章 基于PSO-LSSVM 6／4开关磁阻电机建模

3．1 6／4极SRM特性分析

3．2 LSSVM原理

3．3 PSO优化算法原理

3．4 基于PSO算法优化LSSVM

3．4．1 PSO优化LSSVM参数的前提

3．4．2 PSO优化LSSVM过程

3．4．3 基于PSO-LSSVM开关磁阻电机建模

3．5 本章总结

第四章 开关磁阻电机无位置传感器研究

4．1 SRD仿真建模

4．1．1 开关磁阻电机的数学模型

4．1．2 功率电路模型

4．1．3 控制器模型

4．2 基于MTLAB的SRD仿真

4．3 基于PSO-LSSVM算法SRM转子位置检测

4．4 仿真与结果分析

4．5 本章总结

第五章 基于DSP开关磁阻电机控制系统设计

5．1 SRM实验控制系统结构

5．2 控制系统硬件电路设计

5．2．1 电源部分设计

5．2．2 PWM与信号光耦隔离电路设计

5．2．3 功率变换器

5．2．4 电流采样电路设计

5．2．5 位置检测

5．2．6 转速显示与计算电路设计

5．2．7 DSP串行接口设计

5．2．8 保护电路设计

5．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢